Использование низкотемпературных продуктов сгорания в промышленности

1.5 Использование низкотемпературных продуктов сгорания в промышленности

В связи с переходом многих стационарных установок на природный газ, продукты сгорания которого не содержат твердые частицы и оксиды серы, для использования физического тепла низкотемпературных уходящих газов можно применять более простые, дешевые и менее металлоемкие контактные теплообменники (рис. 1.7). Это дает возможность не только сократить стоимость утилизационной установки, но и обеспечивает глубокое охлаждение уходящих газов ниже точки росы, которая для сгорания природного газа составляет 50—60 °С. При этом используется не только физическое тепло уходящих газов, но и теплота конденсации содержащихся в них водяных паров.

Насадкой в контактном экономайзере служат керамические кольца Рашига размером 50*50 мм. Рабочая насадка укладывается высотой 1 м в шахматном порядке. Каплеулавливающая насадка высотой 0,2 м загружается «внавал». Вода может нагреваться в этих экономайзерах до 50—60 °С. Нагретая вода используется для производственных и бытовых нужд.

Аналогичные теплообменники можно применять для утилизации тепла уходящих газов некоторых промышленных печей, сушилок, газовых турбин и других тепловых установок, работающих на природном газе.

Рис. 1.7 - Блочный контактный экономайзер [1]:

1 — корпус; 2, 7, 10— средняя, нижняя и верхняя секции; 3 — рабочая насадка; 4 — опорная решетка рабочей насадки; 5 — патрубок подвода; 6 — штуцер отбора горячей воды; 8— опорная решетка каплеулавливающей насадки; 9— слой каплеулавливающей насадки; 11 — патрубок отвода газов

Продукты сгорания природных газов применяются также в контактных газопых сушилках в различных отраслях промышленности.

2. Расчет печи

2.1 Расчет процесса горения топлива в топке котла

Определяем низшую теплотворную способность топлива (в кДж/кг) по формуле:

где CH₄,C₂H₄ и т.д. – содержание соответствующих компонентов в топливе, % об.

Получим:

или

,

Пересчитаем состав топлива в массовые проценты. Результаты пересчета сведены в таблице 2.1.

Таблица 2.1

Компоненты	Молекулярная масса Mi	Мольная доля ri	Mi· ri	Массовый %
CH4	16	0,900	14,4	78,12
C2H6	30	0,040	1,2	6,50
C3H8	44	0,023	1,012	5,54
н-C4H10	58	0,025	1,45	7,86
CO2	44	0,002	0,088	0,47
N2	28	0,010	0,28	1,51
Итого		1,000	18,43	100,00

Определяем элементарный состав топлива в массовых процентах.

Содержание углерода:

,

где - число атомов углерода в данном компоненте топлива;

Содержание водорода:

,

где  – число атомов водорода в данном компоненте топлива.

Содержание кислорода:

%,

где  – число атомов кислорода в молекуле СО2.

Содержание азота:

%,

где  – число атомов азота в молекуле.

Определяем теоретическое количество воздуха, необходимого для сгорания 1кг топлива:

,

Фактический расход воздуха:

,

или

,

где  – коэффициент избытка воздуха, равный 1,06;

- плотность воздуха при нормальных условиях.

Определяем количество продуктов сгорания, образующихся при сгорании 1кг топлива:

,

,

,

.

Суммарное количество продуктов сгорания:

Проверка:

.

Содержанием влаги пренебрегаем.

Объемное количество продуктов сгорания:

,

,

,

.

Суммарный объем продуктов сгорания:

.

Плотность продуктов сгорания при н.у.:

.

Расчет теплосодержания продуктов сгорания на 1 кг топлива при заданной температуре производится по формуле:

,

где Т – температура продуктов сгорания, К;

C_i – средние массовые теплоемкости продуктов сгорания, кДж/кг×К (их значения находим по табл.2 [2] методом интерполяции);

 кДж/кг.

Результаты расчета значений теплосодержания представим в виде таблицы 2.2.

Таблица 2.2

Т, К	300	500	700	1100	1500	1700	1900
qt, кДж/кг	550	4745	9060	15860,9	20451,1	28517,6	39219,5

Рисунок 2.1 – График зависимости температура-энтальпия